揭开钢渣热闷过程中可燃气体放炮的神秘面纱_有压热闷钢渣处理
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揭开钢渣热闷过程中可燃气体放炮的神秘面纱
作者：本钢集团冶金渣有限责任公司热闷车间 高圣喜
摘要：当前国内钢渣热闷处理工艺中存在一项广为人知，但又一直没有办法查明真相并解决的安全隐患，那就是在热闷过程中的不明可燃气体放炮的问题。本人作为本钢集团冶金渣公司热闷车间生产主任亲身经历了数次较为严重的不明可燃气体放炮事件，一个偶然的机会本人有幸发现了这一问题的真相，揭开了神秘气体放炮的面纱。下面就本人发现这一问题的具体经过结合以往本人这方面研究的经验，阐述一下钢渣热闷不明气体爆炸原因分析和控制措施。
关键词： 钢渣热闷 不明气体 爆炸原因 控制措施
第一章：钢渣热闷放炮产生的巨大危害
本人 2008年9月份调入本钢集团冶金渣公司科技开发部从事本钢钢渣资源化项目管理工作。在项目考察期分别到过国内多家钢渣热闷处理生产线：鞍钢鲅鱼圈分公司、天铁、济钢、唐山国丰、等等，分别了解到他们在钢渣热闷处理过程中分别多次发生过不明可燃气体放炮的事件，爆炸威力惊人，多家厂房、热闷池等设施损坏，经济损失巨大。本钢钢渣资源化项目热负荷试车后，本人亲身经历了两次较为严重的爆炸。
第一次爆炸：本钢钢渣资源化项目热闷生产线于2009年11月10日正式热负荷试车，但是就在当天京冶公司有关专家直接指挥的首池热闷渣上盖热闷后2小时候左右，发生了剧烈的不明可燃气体爆炸，爆炸造成重达17吨的热闷池盖同时挣断4个断面面积达160平方毫米的安全挂钩和4个断面直径达157平方毫米的链条安全挂钩，以及一根直径200毫米的不锈钢上水软管（金属网外膜，薄壁波纹不锈钢复合钢管），飞起3米多高后落地。爆炸产生的冲击波和气浪造成相距10多米处的钢结构厂房的彩钢板和有机玻璃窗玻璃大面积脱落。所幸由于爆炸处于中午休息时间，现场没有作业人员，故没有造成人
员伤亡。
第二次爆炸：距上次爆炸大约1个月时间左右，发生了又一次更为剧烈的爆炸，当时发生在6号热闷池。爆炸产生的后果较上次更为严重，除了将所有安全挂钩和不锈钢上水软管挣断外，6号热闷池30米范围内的厂房彩钢板和有机玻璃窗玻璃，在20多米高度下几乎全部脱落。现场附近当时也没有作业人员，不然难免出现人员伤亡。第二章：爆炸发生后现场勘验、影像资料
以及调查分析过程和结果
一、两次爆炸后现场勘验和影像资料
1、两次爆炸现场热闷池内的渣，没有产生强力的飞溅，甚至热闷池上层渣基本没有搅动痕迹。
2、通过录像回放两次爆炸都是先从热闷池盖翻板阀突然冲出2米多高的火焰后瞬间产生强烈爆炸并伴有剧大爆炸声响。
3、热闷装置盖及其内部设有的喷水管路和喷头经过爆炸后都没有明显破坏（除了坠落时的震动导致的轻微变形）。
二、两次爆炸发生后原因分析过程及结果
第一次爆炸后：我车间及京冶方专家，第一时间赶到现场，用相机拍下了爆炸后的现场景象，并分析了爆炸发生的原因，但是当时由于没有气体检验仪器和其他先进检验分析手段，大家只能从爆炸后的现场，凭常识和经验大致分析得出以下结论：本次爆炸不是蒸汽爆炸，而是可燃气体聚集，达到一定浓度后，突然爆炸。但是具体什么气体谁也说不清楚。这和以往国内各家热闷渣处理机构的分析有很大相同之处。
第二次爆炸后：爆炸发生后，车间人员除了现场勘验之外还利用录像等资料分析了原因，但是还是跟上次一样没有结果。随后不久京冶公司找来了某气体研究实验室专家和气体检测分析人员并携带了大量专业的气体取样分析仪器。经过大约一周时间的现场多点采样分析后，除了发现极其微量的氢气和硫化氢外，在热闷产生的水蒸汽中并没有发现什么含量较高的可燃气体。结果至今仍然没有人能揭开钢渣热闷过程中可燃气体爆炸的神秘面纱。
第三章 ：真相偶然发现经过
2010年5月22日下午15时左右，我到热闷主厂房内现场检查生产工作，发现钢渣热泼场堆积大量高温大块红渣块，并且热泼场喷水装置正在大量喷水，渣堆根部不远处已经出现积水坑。我怕喷水过多就安排现场热闷工，把水停掉，只留一个喷水管，人工有针对性的喷水，大约5分钟后，全部喷水结束，现场蒸汽散净后我到近处观察喷水效果。结果在小积水坑（大约1平方米面积，深度50毫米左右）处发现水下出现多处，急剧反应并发出大量气体（有乙炔味道）的不明物质，随后我用手从水中取出两块（直径在100毫米以下），并用纸包好后留存到车间现场休息室后的工具箱上盖上。随后我想到这个不明物质产生的气体，能不能就是热闷过程中产生放炮的元凶呢？于是我就在现场简单模拟了一下放炮产生的环境，安排挖掘机司机将大量热泼场内的经过打水冷却的不同粒径的渣堆积到这个水坑上，营造一个简易的钢渣热闷环境，结果不到2分钟，发生了爆炸，虽然声响很大但还是没有造成渣块飞溅的现象，这样间隔3-5分钟持续发生了5-6次的爆炸后，彻底停止了。整个事件发生经过如此。
第四章：分析过程
根据化学知识常识和对工业乙炔气体气味的熟悉，我初步判断在水中发出可燃气体气泡的不明物质就是电石，产生爆炸的不明气体就是电石跟水结合发生化学反应生成的乙炔气体！为了验证我的这一想法，我通过同事电话联系到本溪钢铁集团炼钢厂炼钢工艺人员，了解到在炼钢工艺过程中确实需要往炼钢转炉内投放少量的工业电石用于炼钢脱硫。但是转炉内1500多摄氏度的高温下是否会将投放的电石会全部发生脱硫化学反应，目前我还没有确定，另外炼钢厂是否会经常性发生将未经投入转炉的电石渣块掉入用于装液态钢渣的钢渣罐内，目前也无法确定，需要进一步调查。
第五章：结论
由于以上分析和调查取证并研究我得出以下结论：炼钢过程中在不确定的时间段，由于某种原因造成运输到热闷厂房内的热钢渣内含有较多的电石成分，结果在热闷过程中由于打水作业，使电石成分与水发生化学反应产生了乙炔气体，由于不能及时排出，聚集在热闷池有限的封闭空间内达到其爆炸极限范围浓度后，遭遇热闷钢渣内的明火，于是产生了威力巨大的气体爆炸。至此钢渣热闷过程中产生的可燃气体爆炸，其神秘面纱被全部解开。
第六章：防控措施
一、可燃气体爆炸条件分析
关于乙炔气体爆炸的常识：我们知道可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为爆炸极限，或爆炸浓度极限。可燃性混合物能够发生爆炸的最低浓度和最高浓度，分别称为爆炸下限和爆炸上限。在低于爆炸下限和高于爆炸上限浓度时，既不爆炸，也不着火。这是由于前者的可燃物浓度不够，过量空气的冷却作用，阻止了火焰的蔓延；而后者则是空气不足，导致火焰不能蔓延的缘故。当可燃物的浓度大致相当于反应当量浓度时，具有最大的爆炸威力(即根据完全燃烧反应方程式计算的浓度比例)。可燃性混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越高时，其爆炸危险性越大。例如乙炔的爆炸极限是2.5～80%；乙烷的爆炸极限是3.22～12.45%。两者相比，乙炔的危险性比乙烷大8.4倍。这是因为爆炸极限越宽则出现爆炸条件的机会就多；爆炸下限越低则可燃物稍有泄漏就会形成爆炸条件；爆炸上限越高则有少量空气渗入容器，就能与容器内的可燃物混合形成爆炸条件。应当指出，可燃性混合物的浓度高于爆炸上限时，虽然不会着火和爆炸，但当它从容器或管道里逸出，重新接触空气时却能燃烧，仍有发生着火的危险。
二、根据以上分析，得出结论：
钢渣热闷过程完全有可能具备了可燃气体爆炸的所有条件：
1、热闷池造就了封闭的有限空间；
2、电石又产生了不断聚集的可燃气体乙炔；
3、不能及时外排的乙炔逐渐聚集并极有可能达到其爆炸极限浓度2.5%-80%。
4、热闷池没有与空气隔绝又造成了氧气与乙炔的充分混合。
5、热闷池内的高温钢渣具备了明火火源这一气体爆炸必要条件。
三、针对乙炔气体燃烧或爆炸的必要条件，在仍然保持原有钢渣热闷工艺流程的前提下，特推荐制定如下可燃气体爆炸防控措施：
1、在炼钢工艺过程中采取有效措施，严格控制含有未经充分水化反应的电石成分的钢渣进入热闷工艺生产线
2、热闷工艺生产线现场增设液态高温钢渣检验措施，及时发现含有未经充水化反应的电石成分的钢渣后，及时退出热闷作业生产线。或就地冷却后热泼处理。
3、在原有热闷工艺流程中，热闷装置翻满钢渣后，上盖密封前有一个急冷过程，目前京冶公司提供的钢渣热闷工艺安全操作规程中明确规定：【“最后一罐钢渣装渣完毕后，打开阀门，调节水量大小按3－5m3/h进行均匀打水喷水，时间根据渣温为10－20分钟。看到热闷装置里没有a任何火苗.b任何响声c不能有蒸汽（少量可以）可以上盖开始热闷】，我认为这项规定中，在打水时间和打水流量上应该有所调整。因为为了使热闷装置在上盖密封并开始热闷打水后，其内部不再产生可燃气体，这就要求在热闷装置上盖前，热钢渣中的电石与水充分反应并且排空热闷装置内的乙炔气体。换句话说就是要求：（1）池内各层热闷渣必须搅拌均匀，有很好的透气性和透水性。（2）急冷打水时流量和时间必须达到确保钢渣中含有的电石能够充分发生化学反应。（3）打水结束后必须将热闷池内的乙炔散净，否则一旦热闷装置上盖并水封后，不能确保不发生气体爆炸。
结束语：
本人在气体检测、爆炸研究等方面经验不足，个别论点只是为了抛砖引玉，难免有错误和不完善之处，具体作业过程中还需要更加具体的有效措施才能彻底解决这一难题，望各个相关专业的专家和老师多加批评和指正，本人将不胜感激。
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